电动汽车的电机驱动控制技术研究

论文摘要

当今,在面对世界性节能和环保的巨大压力背景下,伴随高新技术的发展,世界各国纷纷开发新能源汽车、节能环保型汽车。与内燃机相比,电动汽车由于具有可以使城市空气和噪声污染显著降低及使能源利用更加合理、广泛等优点,受到了各国的追捧。特别是在目前车载电池技术尚未得到突破性发展的情况下,电机驱动系统在电动汽车上的应用显得尤为重要。本文针对电动汽车对电驱控制系统有较高的瞬时功率、宽调速范围、在运行过程中较高效率以及具有较高的过载能力等要求,采用基于永磁同步电机(PMSM)无速度传感器直接转矩控制(DTC)的控制方法进行电机驱动控制。分析并比较了几种常见电机的优缺点,选择永磁同步电机作为驱动电机。研究了PMSM的数学模型,介绍了直接转矩控制的基本原理,为了克服传统的转矩两点式调节存在的电机减速响应慢和电磁转矩脉动大的缺点,本文提出三点式转矩调节。对于PMSM直接转矩控制系统,传感器的使用会有降低系统可靠性、增加系统成本等问题,为了减少传统传感器对系统的影响,本文也对无速度传感器技术进行了研究。为了实现高性能的PMSM无速度传感器直接转矩控制,本文在永磁同步电机数学模型基础上提出了基于转子磁链矢量角的速度估算方法,来对电机转速进行估计。本文利用Matlab/Simulink软件构造了无速度传感器的直接转矩控制系统仿真模型。从仿真结果可以看出,采用基于转子磁链矢量角无速度传感器代替直接转矩控制系统中的速度传感器,实现直接转矩控制系统无速度传感器的方案是可行的、有效的。此外,本文采用TI公司的一款电机专用控制芯片DSP (TMS320LF2812)作为控制系统核心处理芯片,采用智能功率模块IPM作为系统的功率开关元件开发控制系统的硬件,并对无速度传感器直接转矩控制系统进行了软件设计。最后利用比较容易实现的正弦脉宽调制(SPWM)的方法,调试了系统的硬件电路。结果证明本文采用的电机驱动控制系统,其动态响应速度、控制精度、效率和整车性能都基本可以满足电动汽车要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 电动汽车的电机驱动系统发展综述
• 1.2.1 电动汽车用电机驱动系统的简介
• 1.2.2 电动汽车用电机调速方案
• 1.2.3 电动汽车电机驱动系统的发展现状和趋势
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 电动汽车用PMSM的直接转矩控制算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机坐标变换
• 2.3 永磁同步电机的数学模型
• 2.3.1 永磁同步电机在三相定子坐标系下的数学模型
• 2.3.2 永磁同步电机在两相定子坐标系下的数学模型
• 2.3.3 永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.4 电动汽车用PMSM直接转矩控制系统的研究
• 2.4.1 永磁同步电机直接转矩控制原理
• 2.4.2 逆变器的开关状态和电压状态
• 2.4.3 转矩和磁链调节
• 2.4.4 最优逆变器开关表
• 2.5 本章小结
• 第3章 电动汽车用PMSM无速度传感器直接转矩控制及仿真
• 3.1 无速度传感器技术的发展现状
• 3.2 基于定子磁链矢量角的速度估计算法实现
• 3.2.1 基于定子磁链矢量角实现速度估计的理论推导
• 3.2.2 基于定子磁链矢量角速度估计模块仿真
• 3.3 PMSM直接转矩控制系统仿真
• 3.3.1 磁链和转矩模型及仿真
• 3.3.2 磁链调节器仿真
• 3.3.3 转矩调节器仿真
• 3.3.4 磁链空间位置判断
• 3.3.5 逆变器开关状态输出模型
• 3.4 PMSM无速度传感器直接转矩控制系统仿真结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 电动汽车的电驱控制系统硬件设计
• 4.1 整体设计
• 4.2 主电路设计
• 4.2.1 基于IPM的功率变换单元
• 4.2.2 电源电路
• 4.2.3 电压保护电路
• 4.3 控制电路设计
• 4.3.1 TMS320F2812简介
• 4.3.2 DSP外围电路
• 4.3.3 检测电路
• 4.3.4 速度检测电路
• 4.4 本章小结
• 第5章 电动汽车的电驱控制系统软件设计
• 5.1 基于无速度传感器直接转矩控制策略的软件设计
• 5.1.1 主程序
• 5.1.2 定时器T1周期中断服务程序
• 5.1.3 故障中断服务程序
• 5.1.4 基于SVPWM技术的软件设计
• 5.2 主要的软件编程
• 5.3 实验系统介绍
• 5.4 系统试验结果
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢